部分组合框架-钢板剪力墙边框柱设计方法研究

该文通过对部分组合框架—薄钢板剪力墙结构的试验,发现其内嵌钢板破坏顺序为初始对角屈服、统一屈服和应变硬化三个阶段。引入部分组合柱后,有效改善了传统钢柱的弯扭失稳破坏模式,部分组合框架柱破坏模式为柱顶和柱底形成塑性铰的强度破坏。基于“强框架、弱墙板”的设计理念,该文根据叠加原理确定了统一屈服阶段和应变硬化阶段部分组合柱内力计算原则,提出了适用于部分组合框架-薄钢板剪力墙框架柱的设计方法。通过有限元验证表明:该设计方法能够有效地预测底层受压柱的破坏模式及其塑性铰出现的位置,能够为合理的钢板墙边框柱设计提供理论依据。     

钢板剪力墙边缘构件的计算方法研究

基于钢框架-钢板剪力墙的理想破坏机制,根据梁、柱塑性铰位置,推导了钢板剪力墙边缘构件的计算公式,给出了钢板剪力墙、梁和柱之间的强度关系。设计了一榀单跨五层钢框架-钢板剪力墙全尺寸分析模型,采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10对其进行了非线性数值分析。结果表明:顶梁能为单侧拉力场提供足够的抗弯承载力,防止顶梁跨中形成塑性铰;各层钢板剪力墙承担的侧向荷载基本相同。表明按上述计算公式确定的边缘构件能够为钢板剪力墙提供足够的锚固强度,有效控制受压柱的塑性铰位置,防止柱中部形成塑性铰,使钢框架-钢板剪力墙实现理想的破坏机制,即“弱板强框架,强柱弱梁”,达到双重抗震设防的目的。     

薄钢板剪力墙结构边框架柱的设计方法研究

现行设计规范将钢板剪力墙结构边框架柱按压弯构件进行设计,并对其截面惯性矩进行了限制,该文首先介绍了钢板剪力墙结构挠曲系数及其边框架柱截面惯性矩限值的推演过程,然后通过理论分析和有限元计算研究了钢板剪力墙结构边框架柱的剪切承载力和面外稳定性,结果表明,边框架柱面内弯曲刚度不足或其剪切承载力不足,会导致钢板剪力墙结构出现“内凹”变形,影响墙板斜向对角拉力带的开展,因此,应按该文建议的方法对边框架柱的剪力设计值进行验算,避免边框架柱剪切屈服;现行设计规范对钢板剪力墙结构边框架柱截面惯性矩的限制,但未对边框架柱的面外稳定性提出要求,因此,应参照该文提供的方法,对钢板剪力墙结构的边框架柱进行面外屈曲的验算,保证其面外稳定性。     

框架柱横向撑杆对钢板剪力墙结构作用效应研究

为研究设有横向撑杆的十字形加劲约束构件对钢板剪力墙结构墙板变形的抑制作用,框架梁柱连接衬板的加强效应,以及横向撑杆对框架柱"沙漏"现象的减缓效应,完成了两榀1:3比例单跨3层钢板剪力墙的拟静力试验,探究了两种结构的破坏顺序和破坏模式,对比分析了两者的滞回性能,墙板、框架柱及梁柱节点的变形和受力情况。研究结果表明:设有横向撑杆的十字加劲约束钢板墙较非加劲钢板剪力墙,具有更好的耗能能力,横向撑杆的设置显著改善了钢板和框架的受力性能,提高了墙体的承载力和刚度,有效减少了滞回曲线的"捏缩"现象,降低薄板墙的噪音及震颤。较非加劲钢板剪力墙,设有横向撑杆的十字加劲约束钢板墙结构框架柱的挠曲值变形量降低20%,梁柱节点的转动需求量略小,但节点应力要求大幅度降低。     

两边连接开缝钢板剪力墙的弹性屈曲分析

两边连接开缝钢板剪力墙具有延性好,耗能能力强等优点,同时有效避免了四边连接钢板剪力墙对框架柱产生的附加荷载,避免了与剪力墙相连框架柱的早期破坏.该文对两边连接开缝钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行分析,系统考察了缝间小柱高宽比、宽厚比、开缝排数等参数的影响;同时分析了缝间小柱的屈曲性能,给出缝间小柱端部先于钢板整体弹性屈曲时...     

考虑多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

传统组合钢板剪力墙采用单块混凝土板拼装,其尺寸较大,运输吊装困难,考虑将单块改为多块预制混凝土板,进而提出了多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙。设计制作了竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙共3个缩尺比为1/3的组合钢板剪力墙试件,开展了低周反复荷载试验,对比研究了各试件的破坏特征、滞回性能、位移延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低组合钢板剪力墙的抗侧刚度和耗能能力,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙呈弯剪破坏形式,属于延性破坏,横向拼装组合钢板剪力墙在预制板间横向拼缝处撕裂破坏,呈现较为明显的剪切型破坏特征;横向和竖向两种拼装方式中,竖向拼装组合钢板剪力墙延性系数略小,但其他抗震性能指标如耗能能力、承载能力、刚度等均更为优越。     

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响

为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。     

考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计

传统钢板剪力墙结构在设计时假设内嵌钢板承担100%的水平作用, 未量化考虑边缘框架的贡献, 但分析表明, 在梁柱刚接的情况下边缘框架对侧向承载力的贡献不能忽略。通过钢板剪力墙结构的塑形极限状态分析, 提出考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计方法。对边缘框架梁(HBE)和边缘框架柱(VBE)进行受力分析, 推导考虑轴力影响的VBE截面设计公式并将其应用于考虑框架贡献的侧向承载力公式中, 确定内嵌钢板与边缘框架的剪力分配公式。通过对单层单跨的钢板剪力墙结构的算例分析, 验证剪力分配公式的适用性。最后分别采用传统设计方法和考虑框架贡献设计方法设计9层钢板剪力墙结构并对其进行非线性动力时程分析, 计算结果表明:两种方法设计的结构层间位移角均满足规范限值(1/50), 验证了该设计方法的合理性;在总用钢量方面, 采用考虑框架贡献设计的结构节省钢材6.48%, 较为经济。     

钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法研究

依据现行设计规范设计的钢板剪力墙结构,在罕遇地震作用下的非弹性性能是难以预测和控制的。为满足对高效可靠设计的需求,该文提出了钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法,并通过修正楼层剪力考虑结构的P-Δ效应。选用预定的目标位移和破坏模式作为结构的两个关键性能指标。根据能量守恒原理,计算结构在给定地震作用下的设计基底剪力;采用能够反映结构在罕遇地震下楼层剪力分布状态且考虑高阶振型影响的侧向力分布模式,确定楼层剪力;采用塑性设计方法设计内嵌钢板以便达到预期的破坏模式和性能。为验证方法的有效性,采用此方法对一栋10层钢板剪力墙结构进行了设计,并采用静力非线性分析法和动力弹塑性方法对结构进行分析,为钢板剪力墙结构基于性能的塑性抗震设计提供一定依据。     

对角槽钢加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙。试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形。槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转而导致加劲效果降低。对角布置的槽钢加劲肋具有较大的抗弯刚度,在弹性阶段提高钢板的弹性屈曲荷载,限制钢板平面外变形;在弹塑性阶段能起到增大拉力带的作用,提高结构承载力。推导了框架柱的剪力、轴力和弯矩计算公式,结果表明对角槽钢加劲形式对边缘构件的附加轴力和剪力作用较大,因此在设计时应考虑加劲肋的支撑作用。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁整体失效模式可控设计

该文发展了钢筋混凝土框架结构强柱弱梁地震整体失效模式可控设计方法。基于能量平衡概念和塑性内力设计机制,提出了改进的能量平衡方程和塑性内力设计方法来实现具有不同滞回性能结构在不同设防烈度下的结构设计。设计了4个具有不同几何配置的结构,并研究了结构沿楼高的强柱弱梁系数分布。分别对结构进行Pushover分析和22条地震下的大震弹塑性时程分析,研究了结构的整体能力曲线、屈服机制、最大层间位移角分布和柱端弯矩需求。分析结果表明,该文所提方法不需要任何迭代便能实现结构预期的抗震性能和整体失效模式,克服了传统抗震设计需不断试凑迭代来满足抗震性能的缺点。     

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。     

主余震下自复位支撑RC框架结构性能研究

基于地震动峰值和频谱,提出了一种适用于地震工程领域、流程简单的主余震序列构造方法,构造出7条主余震序列地震动。对一12层的预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑RC框架结构在主余震下的抗震性能进行分析,并与防屈曲支撑(BRB)结构进行对比。结果表明：两种支撑都具有稳定的滞回性能,且滞回环饱满;PS-SCED支撑还具备良好的自复位特性,PS-SCED支撑结构最大残余位移角比BRB结构减小74.7%;在主余震序列作用下,PS-SCED支撑结构的顶层残余位移角和结构耗能比仅主震作用下的值增大,最大增幅为35.3%和19.6%。余震会使结构的耗能和损伤增加,PS-SCED支撑能够显著提高RC框架结构的抗震性能。     

含减震外挂墙板的装配式框架结构协同抗震性能研究

针对提出的一种围护-主体协同减震装配式结构新体系,即含减震外挂墙板的装配式框架结构,开展了抗震性能研究。基于试验提出了适用于该类结构的多尺度数值模拟方法;通过一栋RC框架结构明确了该类结构的协同减震机理;基于28个案例揭示了刚度比和屈服力比对其减震机理的影响规律。结果表明:多尺度数值模拟方法可较好模拟该类结构的损伤演化模式和受力特征;减震外挂墙板中所配置的U型阻尼器可先于主体结构屈服耗能,有效控制结构响应,显著降低梁柱构件损伤程度,但不改变主体结构的损伤演化模式;随着关键设计参数(刚度比和屈服力比)的增大,结构层间位移角减震率和阻尼器耗能占比整体逐渐增大,当关键设计参数达到一定值后,两者趋于稳定。研究成果可为主体和围护协同一体化工作的高性能结构体系研发提供参考。     

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明:铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。     

RC框架结构地震均匀损伤优化设计

地震均匀损伤失效模式是指结构在强震下各楼层的损伤大小相同、侧向变形近似,并具有全局化的耗能机制,是结构较理想的破坏模式。提出了考虑土-结构动力相互作用影响的RC框架结构地震均匀损伤优化设计方法。以结构层间位移角均匀化为目标,以梁柱构件截面配筋为优化变量,考虑材料成本约束和配筋率等约束,融合结构层间位移角分布和梁柱构件转角大小,提出了基于优化准则法的RC框架结构均匀损伤优化设计方法。基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土-结构相互作用的RC框架结构分析模型。以两个5层和12层结构为例,研究了收敛参数对收敛速度和收敛稳定性的影响规律,分析了优化过程中各楼层配筋转移情况,对比了优化前、后结构的梁柱转角大小和层间位移角分布。结果表明,该文优化方法可使结构的损伤分布更加均匀,降低结构的最大层间位移角,提高结构的抗震能力。     

矩形RC桥墩变形能力概率模型

桥墩是桥梁抗侧力体系中的关键构件。为实现基于概率和性能的桥梁抗震设计的多级性能目标,有必要给出桥墩在不同性能极限状态下的概率能力。基于已有研究工作,将RC桥墩的抗震性能水平划分为五个等级,并定义了相应的性能极限状态。采用等效集中塑性铰理论,推导并建立了各性能极限状态下RC墩柱变形能力的确定性计算公式;基于183个矩形RC墩柱试件的拟静力试验结果,通过多元回归分析,确定了各计算公式中与轴压比、长细比和配箍特征值等设计参数相关的待定系数。基于确定性计算模型和拟静力试验结果,考虑认知不确定性,建立了矩形RC墩柱变形能力的概率模型。通过实例分析,表明该模型可用于基于概率和性能的桥梁抗震设计和抗震 评估。